JP4961725B2 - Synchronous motor control device and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は同期電動機の制御装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a control apparatus and a control method for a synchronous motor.
近年自動車にも多数用いられている電動モータでは、自動車という用途上、小型化と効率に対して厳しい要求がなされている。現在、電動モータを走行用に搭載した自動車の多くは、エンジンの出力とモータの出力を組み合わせて走行するハイブリッド自動車であり、発電機用途と電動機用途の2つのモータを搭載したものが多く、このようなハイブリッド自動車用モータの小型化・高効率化を実現する手段として、本出願人は特許第3480301号(特許文献1を参照されたい。)を提案している。 In recent years, electric motors that are widely used in automobiles have strict demands for miniaturization and efficiency for automobile applications. Currently, many automobiles equipped with electric motors for running are hybrid cars that run by combining engine output and motor output, and many have two motors for generator and motor use. As a means for realizing miniaturization and high efficiency of such a hybrid vehicle motor, the present applicant has proposed Japanese Patent No. 3480301 (refer to Patent Document 1).
この発明によれば、1つの固定子に複合電流を給電することで2つの回転子を独立に回転させることが可能であり、1つのモータ体格で2つのモータ分のトルクを発生させることが可能であるとともに、両回転子に合わせて固定子に与えられる電流の平均値は、単純に2つのモータに電流を与えた場合の平均値より低く、電流による損失が低減するという効果がある。また、本出願人は、1つの回転子で上記の効果が得られる電動機を開発している(詳細は後述する)。
しかしながら、前記の発明における電動機は、複数の極対数に対応した電流を給電するため、電流磁束の高次成分による鉄損が比較的大きくなり、電動機効率が低下してしまうという問題点があった。そこで、本発明は上記の電動機について、回転速度と出力トルクとで表される電動機の動作点の全てにおいて、高効率な駆動技法を提供するものである。 However, since the electric motor in the above-described invention supplies current corresponding to the number of pole pairs, there is a problem that iron loss due to higher-order components of the current magnetic flux becomes relatively large and the electric motor efficiency is lowered. . Therefore, the present invention provides a highly efficient driving technique for all the operating points of the motor represented by the rotational speed and the output torque for the above-described electric motor.
上述した諸課題を解決すべく、第1の発明による同期電動機の制御装置は、
それぞれ極対数の異なる複数の回転子を有し且つそれらの回転子を(互いに相対回転せぬように)同軸に接続した回転子群から成る1つの回転子(即ち、複合電流で各々が独自に駆動・回転可能な各ロータを機械的に接続して1つのロータとして一体回転させる構造にしたもの)、もしくは、極対数の異なる(複数の磁石の組から発生されるような)複数の磁束を重畳した空間磁束を有する1つの回転子、のいずれか一方の回転子と、前記複数の極対数に対応した複数の回転磁界を発生させることができる固定子と、から構成される同期電動機の制御装置であって、
前記同期電動機の回転速度と出力トルクの少なくとも一方を所定値と比較し、比較した結果に応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換え手段(例えば回路など)、
を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a control device for a synchronous motor according to a first invention
One rotor consisting of a group of rotors each having a plurality of rotors each having a different number of pole pairs and coaxially connecting the rotors (so as not to rotate relative to each other) Each rotor that can be driven / rotated is mechanically connected to rotate integrally as one rotor), or multiple magnetic fluxes with different number of pole pairs (such as those generated from a set of multiple magnets) Control of a synchronous motor composed of any one rotor having a superimposed space magnetic flux and a stator capable of generating a plurality of rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs. A device,
Comparing at least one of the rotational speed and output torque of the synchronous motor with a predetermined value, and corresponding to the result of the comparison , corresponding to the combined power supply mode for generating a rotating magnetic field corresponding to the number of pole pairs and the number of pole pairs A power supply mode switching means (for example, a circuit) for switching between a single power supply mode for generating a rotating magnetic field,
It is characterized by including.
また、第2の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが所定値より大きいときは前記複合給電モード、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクおよび回転速度が上記以外のときは)、前記複数の極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to a second invention is:
The power supply mode switching means is
When the output torque of the synchronous motor is greater than a predetermined value, the combined power supply mode,
When the rotational speed of the synchronous motor is larger than a predetermined value, a single power supply mode corresponding to the number of pole pairs smaller than the number of pole pairs,
In other cases (when the output torque and rotational speed of the synchronous motor are other than the above), the single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the number of pole pairs,
Select each
It is characterized by that.
また、第3の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の回転速度が第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to a third invention is
The power supply mode switching means is
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a first predetermined value, the single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the number of pole pairs,
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a second predetermined value (where the second predetermined value> the first predetermined value), the single power supply mode corresponding to the smaller number of pole pairs out of the number of pole pairs;
In other cases (when the rotational speed of the synchronous motor is other than the above), the combined power supply mode,
Select each
It is characterized by that.
また、第4の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
それ以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to a fourth invention is:
The power supply mode switching means is
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a predetermined value, the single power supply mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs,
In other cases (when the rotational speed of the synchronous motor is other than the above), the combined power supply mode,
Select each
It is characterized by that.
また、第5の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の出力トルクが第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいとき複合給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクが上記以外のとき)前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to a fifth invention is:
The power supply mode switching means is
When the output torque of the synchronous motor is greater than a first predetermined value, the single power supply mode corresponding to the number of pole pairs that is large among the number of pole pairs,
When the output torque of the synchronous motor is larger than a second predetermined value (where the second predetermined value> the first predetermined value), a composite power supply mode,
In other cases (when the output torque of the synchronous motor is other than the above), the single power feeding mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs,
Select each
It is characterized by that.
また、第6の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の各動作点において、前記複合給電モードと前記単独給電モードのうち、前記同期電動機の入出力効率が高くなる方の給電モードを選択する、
ことを特徴とする。
The synchronous motor control apparatus according to the sixth invention is
The power supply mode switching means is
At each operating point of the synchronous motor represented by the rotational speed and the output torque, a power supply mode in which the input / output efficiency of the synchronous motor is higher is selected from the composite power supply mode and the single power supply mode. ,
It is characterized by that.
また、第7の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to a seventh invention is:
The power supply mode switching means is
When the operating point changes from the first operating point to the second operating point at the operating point of the synchronous motor represented by the rotational speed and the output torque, a predetermined time elapses at the second operating point. Until the power supply mode at the first operating point is maintained, and the power supply mode at the second operating point is switched after the predetermined time,
It is characterized by that.
また、第8の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
給電モードの切り換え時には、前記同期電動機の出力トルクが切り換えの前後で連続になるように、切り換え前後の給電モードで必要な各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させる、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to an eighth invention is
The power supply mode switching means is
When the power supply mode is switched, the distribution ratio of each of the rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs required in the power supply mode before and after the switching is changed temporally so that the output torque of the synchronous motor is continuous before and after the switching. ,
It is characterized by that.
また、第9の発明による同期電動機の制御装置は、
前記給電モード切り換え手段が、
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、給電(駆動)しない他方の極対数に起因して前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧を抑制するように、この他方の極対数に応じた弱め界磁電流を、前記単独給電モードの電流に重畳させる、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to a ninth invention
The power supply mode switching means is
In the single power supply mode corresponding to the driving of one pole pair, the other pole is controlled so as to suppress the induced voltage generated in the winding constituting the stator due to the number of the other pole pair that is not fed (driven). Superimposing a field weakening current corresponding to the logarithm on the current in the single power supply mode,
It is characterized by that.
また、第10の発明による同期電動機の制御装置は、
前記回転子が、
前記複数の極対数に関し、それぞれの磁極の位相差が、前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧波形のピーク値が最小となるような位相差で構成されている、
ことを特徴とする。
A control apparatus for a synchronous motor according to a tenth invention is
The rotor is
Regarding the number of pole pairs, the phase difference between the respective magnetic poles is configured with a phase difference that minimizes the peak value of the induced voltage waveform generated in the windings constituting the stator.
It is characterized by that.
また、第11の発明による同期電動機の制御装置は、
前記複数の極対数が、P1とP2(但し、P1<P2)の2つの極対数であり、
これらの磁極の位相差は下記式:
位相差[機械角(度)]=90×(1/P1−1/P2)
を満足する、
ことを特徴とする。
A control device for a synchronous motor according to an eleventh invention is
The number of pole pairs is two pole pairs of P1 and P2 (where P1 <P2);
The phase difference between these magnetic poles is:
Phase difference [mechanical angle (degree)] = 90 × (1 / P1-1 / P2)
Satisfy,
It is characterized by that.
また、第12の発明による同期電動機の制御装置は、
前記位相差の式であたえられる角度からのズレ角は−20%〜+20%以内である、
ことを特徴とする。
A synchronous motor control device according to a twelfth aspect of the present invention is
The deviation angle from the angle given by the phase difference formula is within −20% to + 20%.
It is characterized by that.
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、第1の発明を方法として実現させた場合、第13の発明による同期電動機の制御方法は、
それぞれ極対数の異なる複数の回転子を有し且つそれらの回転子を(互いに相対回転せぬように)同軸に接続した回転子群から成る1つの回転子(即ち、複合電流で各々が独自に駆動・回転可能な各ロータを機械的に接続して1つのロータとして一体回転させる構造にしたもの)、もしくは、極対数の異なる複数の磁束を重畳した空間磁束を有する1つの回転子、のいずれか一方の回転子と、前記複数の極対数に対応した複数の回転磁界を発生させることができる固定子と、から構成される同期電動機の制御方法であって、
前記同期電動機の回転速度と出力トルクの少なくとも一方を所定値と比較し、比較した結果に応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換えステップ、
を含むことを特徴とする。
As described above, the solution of the present invention has been described as an apparatus. However, the present invention can be realized as a method, a program, and a storage medium storing the program, which are substantially equivalent thereto, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.
For example, when the first invention is realized as a method, the synchronous motor control method according to the thirteenth invention is:
One rotor consisting of a group of rotors each having a plurality of rotors each having a different number of pole pairs and coaxially connecting the rotors (so as not to rotate relative to each other) Either a rotor that can be driven and rotated is mechanically connected to rotate integrally as one rotor), or a single rotor having a spatial magnetic flux in which a plurality of magnetic fluxes having different numbers of pole pairs are superimposed. A control method for a synchronous motor comprising one of the rotors and a stator capable of generating a plurality of rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs,
Comparing at least one of the rotational speed and output torque of the synchronous motor with a predetermined value, and corresponding to the result of the comparison , corresponding to the combined power supply mode for generating a rotating magnetic field corresponding to the number of pole pairs and the number of pole pairs A power supply mode switching step for switching between a single power supply mode for generating a rotating magnetic field,
It is characterized by including.
また、第14の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の出力トルクが所定値より大きいときは前記複合給電モード、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクおよび回転速度が上記以外のときは)、前記複数の極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A method for controlling a synchronous motor according to a fourteenth aspect of the invention includes
The power supply mode switching step includes
When the output torque of the synchronous motor is greater than a predetermined value, the combined power supply mode,
When the rotational speed of the synchronous motor is larger than a predetermined value, a single power supply mode corresponding to the number of pole pairs smaller than the number of pole pairs,
In other cases (when the output torque and rotational speed of the synchronous motor are other than the above), the single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the number of pole pairs,
Select each
It is characterized by that.
また、第15の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の回転速度が第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の回転速度が第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A control method of a synchronous motor according to the fifteenth aspect of the invention is
The power supply mode switching step includes
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a first predetermined value, the single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the number of pole pairs,
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a second predetermined value (where the second predetermined value> the first predetermined value), the single power supply mode corresponding to the smaller number of pole pairs out of the number of pole pairs;
In other cases (when the rotational speed of the synchronous motor is other than the above), the combined power supply mode,
Select each
It is characterized by that.
また、第16の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
それ以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A control method for a synchronous motor according to a sixteenth invention is
The power supply mode switching step includes
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a predetermined value, the single power supply mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs,
In other cases (when the rotational speed of the synchronous motor is other than the above), the combined power supply mode,
Select each
It is characterized by that.
また、第17の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の出力トルクが第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の出力トルクが第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいとき複合給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクが上記以外のとき)前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
A control method for a synchronous motor according to a seventeenth invention is
The power supply mode switching step includes
When the output torque of the synchronous motor is greater than a first predetermined value, the single power supply mode corresponding to the number of pole pairs that is large among the number of pole pairs,
When the output torque of the synchronous motor is larger than a second predetermined value (where the second predetermined value> the first predetermined value), a composite power supply mode,
In other cases (when the output torque of the synchronous motor is other than the above), the single power feeding mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs,
Select each
It is characterized by that.
また、第18の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の各動作点において、前記複合給電モードと前記単独給電モードのうち、前記同期電動機の入出力効率が高くなる方の給電モードを選択する、
ことを特徴とする。
A control method for a synchronous motor according to an eighteenth invention is
The power supply mode switching step includes
At each operating point of the synchronous motor represented by the rotational speed and the output torque, a power supply mode in which the input / output efficiency of the synchronous motor is higher is selected from the composite power supply mode and the single power supply mode. ,
It is characterized by that.
また、第19の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える、
ことを特徴とする。
A control method for a synchronous motor according to a nineteenth invention is
The power supply mode switching step includes
When the operating point changes from the first operating point to the second operating point at the operating point of the synchronous motor represented by the rotational speed and the output torque, a predetermined time elapses at the second operating point. Until the power supply mode at the first operating point is maintained, and the power supply mode at the second operating point is switched after the predetermined time,
It is characterized by that.
また、第20の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
給電モードの切り換え時には、前記同期電動機の出力トルクが切り換えの前後で連続になるように、切り換え前後の給電モードで必要な各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させる、
ことを特徴とする。
The control method of the synchronous motor according to the twentieth invention is
The power supply mode switching step includes
When the power supply mode is switched, the distribution ratio of each of the rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs required in the power supply mode before and after the switching is changed temporally so that the output torque of the synchronous motor is continuous before and after the switching. ,
It is characterized by that.
また、第21の発明による同期電動機の制御方法は、
前記給電モード切り換えステップが、
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、給電(駆動)しない他方の極対数に起因して前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧を抑制するように、この他方の極対数に応じた弱め界磁電流を、前記単独給電モードの電流に重畳させる、
ことを特徴とする。
A control method for a synchronous motor according to a twenty-first aspect of the invention is
The power supply mode switching step includes
In the single power supply mode corresponding to the driving of one pole pair, the other pole is controlled so as to suppress the induced voltage generated in the winding constituting the stator due to the number of the other pole pair that is not fed (driven). Superimposing a field weakening current corresponding to the logarithm on the current in the single power supply mode,
It is characterized by that.
また、第22の発明による同期電動機の制御方法は、
前記回転子が、
前記複数の極対数に関し、それぞれの磁極の位相差が、前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧波形のピーク値が最小となるような位相差で構成されている、
ことを特徴とする。
また、第23の発明による同期電動機の制御方法は、
前記複数の極対数が、P1とP2(但し、P1<P2)の2つの極対数であり、
これらの磁極の位相差は下記式:
位相差[機械角(度)]=90×(1/P1−1/P2)
を満足する、
ことを特徴とする。
また、第24の発明による同期電動機の制御方法は、
前記位相差の式であたえられる角度からのズレ角は−20%〜+20%以内である、
ことを特徴とする。
A control method for a synchronous motor according to a twenty-second aspect of the invention is
The rotor is
Regarding the number of pole pairs, the phase difference between the respective magnetic poles is configured with a phase difference that minimizes the peak value of the induced voltage waveform generated in the windings constituting the stator.
It is characterized by that.
A control method for a synchronous motor according to a twenty-third invention is
The number of pole pairs is two pole pairs of P1 and P2 (where P1 <P2);
The phase difference between these magnetic poles is:
Phase difference [mechanical angle (degree)] = 90 × (1 / P1-1 / P2)
Satisfy,
It is characterized by that.
A control method for a synchronous motor according to a twenty-fourth invention is
The deviation angle from the angle given by the phase difference formula is within −20% to + 20%.
It is characterized by that.
第1の発明によれば、それぞれ極対数の異なる複数の回転子を有し且つそれらの回転子は互いに相対回転せぬよう同軸に接続した回転子群からなる1つの回転子、もしくは、極対数の異なる磁束を重畳した空間磁束を有する1つの回転子、のいずれか一方を回転子として用い、これと、前記複数の極対数に対応した複数の回転磁界を発生させることができる固定子とから構成される同期電動機において、複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードとを有し、電動機の回転速度と出力トルクの少なくとも一方を所定値と比較し、比較した結果に応じて給電モードを切り換えるので、損失を最小限に抑制することが可能となり、電動機の動作点の全域において高効率な電動機を提供できるようになる。 According to the first aspect of the present invention, a single rotor comprising a plurality of rotors each having a different number of pole pairs and the rotors being coaxially connected so as not to rotate relative to each other, or the number of pole pairs One rotor having a spatial magnetic flux in which different magnetic fluxes are superimposed is used as a rotor, and a stator capable of generating a plurality of rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs. The configured synchronous motor has a composite power supply mode that generates a rotating magnetic field corresponding to a plurality of pole pairs and a single power supply mode that generates a rotating magnetic field corresponding to one pole pair, and the rotation speed and output of the motor is compared with a predetermined value at least one of torque, so switch the power supply mode according to a result of comparison, it is possible to minimize the losses, in the entire region of the operating point of the motor It is possible to provide an efficient electric motor.
また、第2の発明によれば、電動機の出力トルクが所定値より大きいとき複合給電モードとするので、本発明に用いる電動機の出力トルクを余すことなく発揮できる。また、前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モードとするので、このときの電流磁束周波数は低く、鉄損は抑制されるので、この領域で電動機の効率が向上する。さらに、前記同期電動機の出力トルクおよび回転速度が上記以外、つまり、出力トルクが所定値より小さく、回転速度が所定値より小さいとき、前記極対数のうち大きい極対数に対応した単独給電モードとするので、大きい極対数ゆえの低速大トルク特性が得られると共に、小さい極対数に対応する電流磁束による鉄損が生じないので、この領域で電動機の効率が向上する。なお、前記出力トルクの所定値と回転速度の所定値は、それぞれ回転速度に対して可変値、出力トルクに対して可変値とすることもできる。この場合、更に厳密な領域指定となることから、電動機の効率は更に向上できる。 Further, according to the second invention, since the composite power supply mode is set when the output torque of the motor is larger than a predetermined value, the output torque of the motor used in the present invention can be fully exhibited. In addition, since the single feeding mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs when the rotational speed of the synchronous motor is larger than a predetermined value, the current magnetic flux frequency at this time is low, and iron loss is suppressed. The efficiency of the motor improves in the area. Further, when the output torque and the rotational speed of the synchronous motor are other than the above, that is, when the output torque is smaller than a predetermined value and the rotational speed is smaller than a predetermined value, the single power supply mode corresponding to the large number of pole pairs among the number of pole pairs is set. Therefore, low torque and large torque characteristics due to the large number of pole pairs can be obtained, and iron loss due to the current magnetic flux corresponding to the small number of pole pairs does not occur, so that the efficiency of the motor is improved in this region. The predetermined value for the output torque and the predetermined value for the rotational speed may be a variable value for the rotational speed and a variable value for the output torque, respectively. In this case, since the region is specified more strictly, the efficiency of the electric motor can be further improved.
また、第3の発明によれば、回転速度に対して第1の所定値と、これより大きな値の第2の所定値との少なくとも2つの所定値を持ち、電動機の回転速度が第1の所定値より大きいとき前記極対数のうち大きい極対数に対応した単独給電モード、前記同期電動機の回転速度が第2の所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、前記同期電動機の回転速度が上記以外、つまり、第1の所定値より小さいとき複合給電モードとするので、第2の発明の効果に加えて、簡単に検知可能な回転速度のみで給電モード切り換えが可能となる。また、電動機の負荷トルク変動に対して給電モードの切り換えが生じないので、このような負荷トルク変動の大きい用途、もしくは、出力トルク変化要求の多い用途にこの発明を用いることで、切り換え時に生じる極僅かなトルク変動や、作動音の変化の少ない電動機を提供できる。 Further, according to the third invention, the rotational speed has at least two predetermined values, ie, a first predetermined value and a second predetermined value larger than the first predetermined value, and the rotational speed of the electric motor is the first value. A single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the number of pole pairs when larger than a predetermined value, a single power supply mode corresponding to a small number of pole pairs among the number of pole pairs when the rotational speed of the synchronous motor is larger than a second predetermined value, Since the combined power supply mode is set when the rotational speed of the synchronous motor is other than the above, that is, smaller than the first predetermined value, in addition to the effect of the second invention, the power supply mode can be switched only by a rotational speed that can be easily detected. It becomes possible. In addition, since the power supply mode is not switched with respect to the load torque fluctuation of the motor, the present invention is used for such an application with a large load torque fluctuation or an application with a large output torque change demand. It is possible to provide an electric motor with little torque fluctuation and less change in operating noise.
また、第4の発明によれば、電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、前記同期電動機の回転速度が上記以外、つまり、回転速度が所定値より小さいとき複合給電モードとするので、第3の発明による効果に加えて、更に、切り換え領域判定のためのプログラムを簡素化できる。 Further, according to the fourth invention, when the rotational speed of the motor is larger than a predetermined value, the single power supply mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs, the rotational speed of the synchronous motor is other than the above, that is, the rotational speed is Since the composite power supply mode is set when the value is smaller than the predetermined value, the program for determining the switching area can be further simplified in addition to the effect of the third invention.
また、第5の発明によれば、出力トルクに対して第1の所定値と、これより大きな値の第2の所定値との少なくとも2つの所定値を持ち、電動機の出力トルクが第1の所定値より大きいとき前記極対数のうち大きい極対数に対応した単独給電モード、前記同期電動機の出力トルクが第2の所定値より大きいとき複合給電モード、前記同期電動機の出力トルクが上記以外、つまり、第1の所定値より小さいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モードとするので、第2の発明の効果に加えて、負荷回転速度変動の大きい用途、もしくは、回転速度変化要求の多い用途にこの発明を用いることで、切り換え時に生じる極僅かなトルク変動や、作動音の変化の少ない電動機を提供できる。 According to the fifth invention, the output torque has at least two predetermined values, that is, a first predetermined value and a second predetermined value larger than the first predetermined value, and the output torque of the electric motor is the first value. A single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the number of pole pairs when greater than a predetermined value, a composite power supply mode when the output torque of the synchronous motor is greater than a second predetermined value, and an output torque of the synchronous motor other than the above, that is, In addition to the effect of the second aspect of the invention, in addition to the effect of the second aspect of the invention, or a change in the rotation speed when the number of pole pairs is smaller than the first predetermined value. By using the present invention for a demanding application, it is possible to provide an electric motor with little change in torque or change in operating noise that occurs at the time of switching.
また、第6の発明によれば、前記回転速度と出力トルクとで表される電動機の各動作点において、前記複合給電モードと単独給電モードとのいずれか、電動機の入出力効率の高いモードを選択して駆動するので、この電動機の損失を最大限抑制でき、最も高効率な特性が得られる。 According to the sixth invention, at each operating point of the electric motor represented by the rotation speed and the output torque, either the combined power supply mode or the single power supply mode, a mode in which the input / output efficiency of the motor is high is set. Since it is selected and driven, the loss of this electric motor can be suppressed to the maximum, and the most efficient characteristic can be obtained.
また、第7の発明によれば、前記回転速度と出力トルクとで表される電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ、動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換えて駆動するので、動作点の遷移が頻繁に発生する用途にこの発明を用いることで、遷移中の給電モード切り換えに起因した極僅かなトルク変動や、作動音の変化を発生しなくできる。 According to the seventh invention, when the operating point changes from the first operating point to the second operating point at the operating point of the electric motor represented by the rotational speed and the output torque, The power supply mode at the first operating point is maintained until a predetermined time has elapsed at the operating point, and the power supply mode at the second operating point is switched to drive after the predetermined time, so that the operating point frequently changes. By using the present invention for the purpose of the application, it is possible to prevent the slight torque fluctuation and the change of the operation sound caused by the power supply mode switching during the transition.
また、第8の発明によれば、前記給電モードの切り換え時は、切り換えの前後の給電モードで必要な、各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させて、出力トルクが連続になるよう駆動するので、給電モード切り換えに起因した極僅かなトルク変動や、作動音の変化を抑制することができる。 According to the eighth aspect of the invention, at the time of switching the power feeding mode, each of the rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs required for the power feeding mode before and after the switching is temporally changed in distribution ratio and output. Since the drive is performed so that the torque is continuous, it is possible to suppress a slight torque fluctuation and a change in operation sound caused by the power supply mode switching.
また、第9の発明によれば、1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、駆動しない他方の極対数に起因して固定子の巻線に発生する誘起電圧を抑制するよう、この極対数に応じた弱め界磁電流を重畳させるので、インバータ素子耐圧ないし電源電圧に対する電圧余裕を確保することができる。 Further, according to the ninth invention, in the single power supply mode corresponding to the driving of one pole pair, the induced voltage generated in the stator winding due to the number of the other pole pairs not driven is suppressed. Since the field weakening current corresponding to the number of pole pairs is superimposed, it is possible to ensure a voltage margin for the inverter element withstand voltage or the power supply voltage.
また、第10の発明によれば、前記複数の極対数に関し、それぞれの磁極の位相差は、固定子巻線に発生する誘起電圧波形のピーク値が最小となる位相差に決められるので、インバータ素子耐圧ないし電源電圧に対する電圧余裕を最大にすることができる。 Further, according to the tenth invention, with respect to the plurality of pole pairs, the phase difference between the magnetic poles is determined to be the phase difference that minimizes the peak value of the induced voltage waveform generated in the stator winding. The voltage margin for the element breakdown voltage or the power supply voltage can be maximized.
また、第11の発明によれば、前記複数の極対数は、P1とP2(P1<P2)との2つの極対数であり、これらの磁極の位相差は下記式
また、第12の発明によれば、前記位相差の式であたえられる角度からのズレ角を−20%〜+20%以内とすることで、固定子巻線に生じる誘起電圧波形のピークの悪化率を最小のときの5%程度に抑えることができる。 According to the twelfth aspect, the rate of deterioration of the peak of the induced voltage waveform generated in the stator winding is set by setting the deviation angle from the angle given by the phase difference formula to be within -20% to + 20%. Can be suppressed to about 5% of the minimum.
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
第1の実施例
図1が本発明に適用する同期電動機およびその制御装置の1例を示す図である。まず構成を説明する。電動機は1つの回転子14、及び18個の分割されたコア12から構成される固定子11から構成される。各コアに集中巻きされる巻線13は、6個おきに配置されている3個が1セット(トータル6セット)となっており、直列、あるいは並列に接続され、その一方が中性点として他の相の一方と接続され、他方は図示しないインバータの内部で、電源ラインのP側・N側にスイッチング素子を介して接続されている。このインバータは6相を制御する構成となっている。また、回転子はこの実施例では3極対と6極対の2種類の極対数を備えるものとなっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing an example of a synchronous motor and its control device applied to the present invention. First, the configuration will be described. The electric motor is composed of one
次にこの電動機の動作を説明する。固定子には先述のように6相のインバータが接続されており、これによって3極対と6極対の回転子磁界に対応した複合正弦波磁束を発生するように電流を与えれば良い。回転子の位置に応じて電流指令を回転させるのは通常のモータと同じであるが、このモータでは両極対に対応する複合磁束を発生させるため、まず3極対に対しては、3周期の正弦波を発生させるので、インバータを6相と考え、正弦波1周期を6分割した各位置での電流値を各相の指令値として計算する。一方、6極対に対しては、6周期の正弦波を発生させるので、正弦波1周期を3分割した位置での電流指令値として求め、6相インバータ第1と第4相、第2と第5相、第3と第6相の指令値とする。この後3極対と6極対の指令値それぞれを足し合わせ、6相インバータの指令値として電流制御を行う。このことで回転子がトルクを発生し回転する。なお、特許第3480301号に記載の2つの回転子を機械的に接続したものも本発明の駆動方法を適用することができる。さらに、この固定子は分割されたコアで記述されているが、分割されないコアでも同様の動作ができること、或いはスロットレス型モータでも本発明を適用することが可能である。また、巻線は集中巻に限らず分布巻でも適用可能である。 Next, the operation of this electric motor will be described. As described above, a six-phase inverter is connected to the stator, and a current may be applied so as to generate a composite sinusoidal magnetic flux corresponding to the rotor magnetic field of three and six pole pairs. The current command is rotated according to the position of the rotor in the same way as in a normal motor. However, in this motor, a composite magnetic flux corresponding to both pole pairs is generated. Since a sine wave is generated, the inverter is considered to have six phases, and the current value at each position obtained by dividing one cycle of the sine wave into six is calculated as a command value for each phase. On the other hand, since a sine wave of 6 cycles is generated for a 6 pole pair, the current command value is obtained at a position obtained by dividing one cycle of the sine wave into 3 parts. The command values for the fifth phase, the third phase, and the sixth phase are used. Thereafter, the command values of the 3 pole pair and 6 pole pair are added together, and current control is performed as the command value of the 6-phase inverter. This causes the rotor to generate torque and rotate. The driving method of the present invention can also be applied to a mechanically connected two rotors described in Japanese Patent No. 3480301. Further, although this stator is described with a divided core, the same operation can be performed with a non-divided core, or the present invention can be applied to a slotless motor. Further, the winding is not limited to concentrated winding, and can be applied to distributed winding.
14は回転子であり、この実施例では、回転子14は、N極の3つ磁石N1〜N3、S極の6つの磁石S1〜S6を含み、これらの磁石は3極対と6極対の2種類の極対数を備える2組の磁石として機能する。この場合の2組の磁石は、概念的なものであり、部材が明確に分離されているものではなく、固定子の巻線に供給される複合電流を構成する1つの電流に対して、3極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が1つあり、複合電流を構成するもう1つの電流に対して、6極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が1つあることを意味するものであり、各磁石S1〜S6、N1〜3が同時に双方の組の磁石として機能するものである。この詳細については図2を参照して説明する。以降、作図や説明の便宜上、回転子の磁石をN極、S極として図示・説明するが、N−S極の構成・配置を逆に置き換えても発明の作用・効果は同様であることに留意されたい。さらに、N極、S極の磁石は、磁力線の向きが半径方向となるように、着磁方向をそれぞれ半径方向(反対向きで)にした磁石を、N極を外側(固定子側)、S極を外側(固定子側)に配置したものである。この実施例では磁石は着磁方向を半径方向に配置したものを用いてあるが、この配置には限定されず、磁力線がほぼ半径方向に向いていれば問題なく、例えばV字型の磁石配置であってもよい。
図1に示すように、この電動機を制御する制御装置20は、給電モード切り換え手段22を具える。給電モード切り換え手段22は、後述する所定値(閾値)に基づき、複合給電モード、単独給電モード(高次)、単独給電モード(低次)の3つの給電モードのなかから最適なものに切り換える。実際には、例えば、給電モード切り換え手段22が図示しないインバータ(或いはインバータの制御装置などの上位回路など)に対して給電モード切り換え信号を与えることによってモード切り換えを行う。なお、電動機の制御装置には給電モード切り替え手段以外の多数の回路・機能が含まれるが本発明に関連しない箇所は図示していない。
As shown in FIG. 1, the
図2は、第1の実施例の回転子生成説明図であり、図2の(A)は、2回転子構造のモータの回転子であり、内側回転子が3極対、外側回転子が6極対の磁石を備える。この磁石を内側の回転子の表層に2層に配置したのが図2の(B)である。配置の際に、若干の位相調整をしているがその詳細は後述する。図2(B)を見ると、回転子14Aは着磁方向の異なる2種類の磁石(N極、S極)が幾つかの位置で互いに接している。周知のように着磁方向の異なる磁石を張り合わせた場合、双方の磁力が同じであれば磁石が無い物と等価である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of rotor generation according to the first embodiment. FIG. 2A is a rotor of a motor having a two-rotor structure, in which an inner rotor is a three-pole pair and an outer rotor is a rotor. 6 magnet pairs are provided. FIG. 2B shows the magnets arranged in two layers on the surface layer of the inner rotor. Although slight phase adjustment is performed at the time of arrangement, details thereof will be described later. Referring to FIG. 2B, the
そこで、径方向に見て異なる着磁の磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除したのが図2(C)であり、この回転子14にはN極の磁石N1〜N3,S極の磁石S1〜S6が含まれる。この結果、周囲に曲線で示したような、3極対と6極対の複合磁束CFを発生する回転子14が完成する。なお、本発明で使用する回転子は、極性の違う磁石が接触している部分の磁石を除去していない、内側回転子と外側回転子とを一体にした構成である図2(B)の構成で充分であり、小型化、電流低減の効果が得られるものであり、図2(C)と同じ複合磁束CF(図2(B)には図示せず)が発生することに注意されたい。つまり、回転子14Aは、インナーロータの第1の回転子とアウターロータの第2の回転子とを一体化した構成の回転子である。もちろん、不要な磁石を除去した図2(C)の構成の方が削除した磁石分の慣性の低減によるトルクの向上、モータの軽量化、削除した磁石の分の経費節減などでさらに効果がある。
Therefore, FIG. 2 (C) shows that the magnets are excluded from the part where the magnets of different magnetization as viewed in the radial direction are bonded together, and this
なお、図2(C)では、不要な磁石を除去した領域は空間となっており、空気がその領域を占めているが、この空気が占める領域は磁束を通さない機能を果たしている。即ち、磁石を除去したこの領域には、鉄などの磁束を通し易い素材以外の部材を置く必要があるが、通常は空間(空気)でこと足りる。もちろん、当該領域には空気以外の磁束を通しにくい部材が設置されていいてもかまわない。 In FIG. 2C, the area from which unnecessary magnets are removed is a space, and air occupies the area, but the area occupied by the air functions to prevent magnetic flux from passing therethrough. That is, it is necessary to place a member other than a material that easily allows magnetic flux, such as iron, in this region from which the magnet has been removed, but space (air) is usually sufficient. Of course, a member that is difficult to pass magnetic flux other than air may be provided in the region.
次に本実施例の駆動方法を説明する。図3は本実施例で適用する給電モードマップである。各給電モードの領域を区切る閾値として、図1に示した電動機の制御装置20の給電モード切り換え手段22にはトルク所定値と回転速度所定値とを備える。この切り換え手段22ではこの閾値と電動機の現在の動作点を比較することにより領域判定を行い、各領域に応じた給電モードで電動機を駆動する。電動機の出力トルクがトルク所定値より大きいとき、複合給電モードで駆動する。これは、前述したように3極対と6極対の両方に対応した電流制御のことであり、1つのモータ体格で通常の電動機の2倍のトルクを発生することができる。また、電動機の回転速度が回転速度所定値より大きいとき、低次の単独給電モードで駆動する。これは低次、つまり、3極対に対応した電流制御のことであり、この結果、複合給電モードで通電していた6極対に対応した電流を除去するので、鉄損の要因である高周波磁束を除去して、電動機を高効率に駆動できるようになる。
Next, the driving method of this embodiment will be described. FIG. 3 is a power supply mode map applied in this embodiment. As a threshold for dividing each power supply mode region, the power supply mode switching means 22 of the
さらに、電動機の出力トルクがトルク所定値より小さく、且つ、回転速度が回転速度所定値より小さいとき、高次の単独給電モードで駆動する。これは高次、つまり、6極対に対応した電流制御のことであり、この領域は低速で出力トルクが大きくとれる高次の極対数でカバーすることにより、過剰な電流磁束を発生させずに鉄損を低減し、電動機を高効率に駆動できるようになる。 Furthermore, when the output torque of the electric motor is smaller than the torque predetermined value and the rotation speed is smaller than the rotation speed predetermined value, the motor is driven in a high-order single power supply mode. This is high-order, that is, current control corresponding to six-pole pairs, and this region is covered with the number of high-order pole pairs that can take a large output torque at a low speed without generating excessive current magnetic flux. Iron loss is reduced and the motor can be driven with high efficiency.
なお、本実施例ではトルク所定値と回転速度所定値は一定値としたが、それぞれ回転速度に対して可変値、出力トルクに対して可変値とすることもできる。この場合、制御器における判定プログラムが複雑になるが、更に厳密な領域指定となることから、電動機の効率は更に向上できる。また、電動機の現在の出力トルクは、トルク検出器の検出信号を用いても良いし、回転速度と通電電流から推定しても良いし、制御器へのトルク指令値で代用しても良い。電動機の現在の回転速度は、電動機に装備される回転角度検出器の検出信号を用いても良いし、もし負荷側に回転速度検出器が装備されていればその検出信号を用いても良い。 In the present embodiment, the predetermined torque value and the predetermined rotational speed value are constant values, but may be variable values for the rotational speed and variable values for the output torque, respectively. In this case, the determination program in the controller becomes complicated, but the efficiency of the electric motor can be further improved because the region is specified more strictly. Further, the current output torque of the electric motor may use a detection signal of the torque detector, may be estimated from the rotation speed and the energization current, or may be substituted with a torque command value to the controller. The current rotation speed of the electric motor may be a detection signal of a rotation angle detector provided in the electric motor, or may be a detection signal if a rotation speed detector is provided on the load side.
第2の実施例
実施例の駆動方法を説明する。図4は本実施例で適用する給電モードマップである。各給電モードの領域を区切る閾値として、図示しない電動機の制御器には回転速度所定値1と回転速度所定値2との2つの閾値を備える。電動機の回転速度が回転速度所定値1より小さいとき、複合給電モードで駆動する。また、電動機の回転速度が回転速度所定値1以上であり、且つ、回転速度所定値2より小さいとき、高次の単独給電モードで駆動する。さらに、電動機の回転速度が回転速度所定値2以上のとき、低次の単独給電モードで駆動する。各領域における作動は第1の実施例と同等である。また、第3の発明の効果が得られる。
The driving method of the second embodiment will be described. FIG. 4 is a power supply mode map applied in this embodiment. As threshold values that delimit the regions of the respective power supply modes, a motor controller (not shown) has two threshold values of a predetermined
第3の実施例
本実施例の駆動方法を説明する。図5は本実施例で適用する給電モードマップである。各給電モードの領域を区切る閾値として、図示しない電動機の制御器には回転速度所定値の閾値を備える。電動機の回転速度が回転速度所定値より小さいとき、複合給電モードで駆動する。また、電動機の回転速度が回転速度所定値以上のとき、低次の単独給電モードで駆動する。各領域における作動は第1の実施例と同等である。第4の発明の効果が得られることとなる。
Third Embodiment A driving method of this embodiment will be described. FIG. 5 is a power supply mode map applied in this embodiment. A motor controller (not shown) is provided with a threshold value for a predetermined rotational speed as a threshold value for dividing each power supply mode region. When the rotation speed of the electric motor is smaller than a predetermined value, the motor is driven in the composite power supply mode. Further, when the rotation speed of the electric motor is equal to or higher than the rotation speed predetermined value, the motor is driven in a low-order single power supply mode. The operation in each region is the same as in the first embodiment. The effect of the fourth invention will be obtained.
第4の実施例
本実施例の駆動方法を説明する。図6は本実施例で適用する給電モードマップである。各給電モードの領域を区切る閾値として、図示しない電動機の制御器にはトルク所定値1とトルク所定値2との2つの閾値を備える。電動機の出力トルクがトルク所定値1より小さいとき、低次の単独給電モードで駆動する。電動機の出力トルクがトルク所定値1以上であり、且つ、トルク所定値2より小さいとき、高次の単独給電モードで駆動する。さらに、電動機の出力トルクがトルク所定値2以上のとき、複合給電モードで駆動する。各領域における作動は第1の実施例と同等である。第5の発明の効果が得られることとなる。
Fourth Embodiment A driving method of this embodiment will be described. FIG. 6 is a power supply mode map applied in this embodiment. As threshold values that delimit the regions of the respective power supply modes, a motor controller (not shown) has two threshold values, torque predetermined
第5の実施例
本実施例の駆動方法を説明する。本実施例では前記回転速度と出力トルクとで表される電動機の各動作点において、前記複合給電モードと単独給電モードとのいずれか、電動機の入出力効率の高いモードを選択して駆動する。これは、複合給電モード、各単独給電モードにおける各動作点の電動機効率を予め解析もしくは実験で求め、各動作点において最も電動機効率の良い給電モードを抽出し、それを給電モードマップにマッピングしておく。電動機の制御器にこの給電モードマップを備え、電動機の現在の動作点と照らし合わせて給電モードを選択する。したがって本実施例によれば、この電動機の損失を最大限抑制でき、最も高効率な特性が得られる。
Fifth Embodiment A driving method of this embodiment will be described. In this embodiment, at each operating point of the electric motor represented by the rotation speed and the output torque, either the composite power supply mode or the single power supply mode is selected and driven with a mode having high input / output efficiency of the motor. This is because the motor efficiency at each operating point in the combined power supply mode and each single power supply mode is obtained by analysis or experiment in advance, and the power supply mode with the highest motor efficiency at each operating point is extracted and mapped to the power supply mode map. deep. The motor controller is provided with this power supply mode map, and the power supply mode is selected in comparison with the current operating point of the motor. Therefore, according to the present embodiment, the loss of the electric motor can be suppressed to the maximum, and the most efficient characteristic can be obtained.
第6の実施例
本実施例では、前記回転速度と出力トルクとで表される電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ、動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える。図7が、この動作点が変化する場合を説明する図である。この給電モードマップは第1の実施例と同等である。図7の動作点上、動作点Aでは6極対(高次側)に対応した単独給電モードで駆動されており、その後、動作点Bへの遷移の途中に回転速度所定値をまたぐが、このとき3極対(低次)に対応した単独給電モードには切り換えない。その後、動作点Bに達し、所定時間(例えば1秒)動作点の遷移が発生しないことを検知したうえで、本来この領域の給電モードである3極対に対応した単独給電モードに切り換える。このようにすることで、動作点遷移中の電動機効率は第1の実施例の効果より低下するものの、遷移中の給電モード切り換えに起因した極僅かなトルク変動や、作動音の変化を発生しなくできる。
Sixth Embodiment In this embodiment, when the operating point changes from the first operating point to the second operating point at the operating point of the motor represented by the rotational speed and the output torque, The power supply mode at the first operating point is maintained until a predetermined time elapses at the operating point, and the power supply mode at the second operating point is switched after the predetermined time. FIG. 7 is a diagram illustrating a case where the operating point changes. This power supply mode map is equivalent to that of the first embodiment. On the operating point of FIG. 7, the operating point A is driven in the single power supply mode corresponding to the 6-pole pair (higher order side), and then crosses the rotational speed predetermined value during the transition to the operating point B. At this time, the mode is not switched to the single power supply mode corresponding to the three-pole pair (low order). After that, the operating point B is reached, and it is detected that no transition of the operating point occurs for a predetermined time (for example, 1 second), and then the mode is switched to the single power supply mode corresponding to the three-pole pair which is the power supply mode in this region. In this way, although the motor efficiency during the operating point transition is lower than the effect of the first embodiment, a slight torque fluctuation or a change in the operating noise due to the power feeding mode switching during the transition occurs. It can be lost.
また、図8に第4の実施例の給電モードマップで本実施例を適用した例を説明する。動作点A、動作点Bともに3極対(低次)に対応した単独給電モードであるが、その遷移中に6極対(高次)に対応した単独給電モードを経由する。この場合も前述同様に遷移中の給電モード切り換えはおこなわない。以上に説明したように本実施例は、任意の動作点で所定時間経過したことを検知して、その後、本来その領域の給電モードに切り換える。任意の動作点で所定時間経過したことを検知する手段としては、前記出力トルク検出器と回転速度検出器との時間変化率を随時演算し、これらの値がゼロに近い所定値以下である時間をカウントすることによって実現できる。なお、モード遷移中に高速大トルク領域を経由した場合など、本来の給電モードでしか実現できない領域の場合は前述の限りではなく、本来の給電モードで駆動されるものである。 FIG. 8 illustrates an example in which the present embodiment is applied in the power supply mode map of the fourth embodiment. Both the operating point A and the operating point B are single power supply modes corresponding to three pole pairs (low order), but during the transition, the single power supply mode corresponding to six pole pairs (high order) is passed. In this case as well, the power feeding mode is not switched during the transition as described above. As described above, this embodiment detects that a predetermined time has passed at an arbitrary operating point, and then switches to the power supply mode for that region. As a means for detecting that a predetermined time has passed at an arbitrary operating point, a time change rate between the output torque detector and the rotational speed detector is calculated as needed, and the time during which these values are less than a predetermined value close to zero It can be realized by counting. In the case of a region that can be realized only in the original power supply mode, such as when passing through a high-speed large torque region during mode transition, the driving is performed in the original power supply mode, not limited to the above.
第7の実施例
給電モードの切り換え時は、切り換えの前後の給電モードで必要な、各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させて、出力トルクが連続になるよう駆動する。例えば6極対の単独給電モードから3極対の単独給電モードに切り換える場合、6極対に対応した電流を徐々に絞り、これとオーバーラップさせて3極対に対応した電流を増加させる。このとき両電流の加算によって発生するトルクはそのときの動作点におけるトルクに一致させるように、各電流は配分されるものである。この実施例では第8の発明の効果が得られることとなる。
In the seventh embodiment, when the power feeding mode is switched, the output torque is made continuous by changing the distribution ratio of each of the rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs required in the power feeding mode before and after the switching. To drive. For example, when switching from the six-pole pair single-feed mode to the three-pole pair single-feed mode, the current corresponding to the six-pole pair is gradually reduced and overlapped with this to increase the current corresponding to the three-pole pair. At this time, each current is distributed so that the torque generated by the addition of both currents matches the torque at the operating point at that time. In this embodiment, the effect of the eighth invention can be obtained.
第8の実施例
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、その制御電流には駆動しない他方の極対数に応じた弱め界磁電流を重畳させる。上述した実施例においては1例として、3極対に対応した単独給電モード駆動時に、6極対に対応した弱め界磁電流を加算することがこれにあたる。この実施例では第9の発明の効果が得られることとなる。
Eighth Embodiment In a single power supply mode corresponding to driving of one pole pair, a field weakening current corresponding to the number of other pole pairs not driven is superimposed on the control current. In the above-described embodiment, as an example, this corresponds to adding the field-weakening current corresponding to the 6-pole pair when the single power supply mode corresponding to the 3-pole pair is driven. In this embodiment, the effect of the ninth invention can be obtained.
第9の実施例
図9は回転子に発生させる2つの極対数の位相関係を説明する図である。同9の(c)は2極対と4極対との複合磁束を発生する回転子である。それぞれの極対数に対応した磁束の位相差を(c)のように定義すると、回転子の起磁力分布は(a)となる。また、この回転子が回転することで固定子巻線に発生させる誘起電圧波形は(b)となる。ここで、前述の位相差を変化させて、誘起電圧波形のピーク値を調べると(d)となる。前述までの実施例では、一方の極対数に対応した制御電流を通電しないことがあり、この際、この極対数に対応した誘起電圧は小さいことが望ましい。そこで(d)でわかるように2つの極対数に位相差を22.5度(機械角)とすることで最小にすることが可能となる。一般式として次の式を満足すれば誘起電圧波形のピーク値を最小にできることがわかった。即ち、極対数をP1とP2(P1<P2)とし、これらの磁極の位相差は下記式
なお、図10は横軸に上記式から求まる値に対する位相ズレ率、縦軸に誘起電圧のピーク値が最小となる値からの悪化率を調べた結果である。この位相ズレ率と悪化率との関係を説明するグラフに示すように、前記位相差の式であたえられる角度からの位相ズレ角を−20%〜+20%以内とすると、固定子巻線に生じる誘起電圧波形のピークの悪化率を最小のときの5%程度に抑えることができる。 FIG. 10 shows the result of examining the phase shift rate with respect to the value obtained from the above equation on the horizontal axis, and the deterioration rate from the value at which the peak value of the induced voltage is minimized on the vertical axis. As shown in the graph for explaining the relationship between the phase shift rate and the deterioration rate, if the phase shift angle from the angle given by the phase difference formula is set within -20% to + 20%, it occurs in the stator winding. The deterioration rate of the peak of the induced voltage waveform can be suppressed to about 5% at the minimum.
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段、ステップなどを1つに組み合わせたり或いは分割したりすることが可能である。実施例では、極対数のセットを2組持つ回転子を挙げて説明してあるが、本発明は3組以上の極対数からなる回転子でも適用可能である。この場合、3組以上の極対数のうち最も極対数が少ない物を極対数の小さい極対数とし、最も極対数が多い物を極対数の大きい極対数とすることで適用可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each member, each means, each step, etc. can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of members, means, steps, etc. can be combined or divided into one. Is possible. In the embodiment, the description has been given by taking the rotor having two sets of pole pairs as an example, but the present invention is also applicable to a rotor having three or more pairs of pole pairs. In this case, the number of pole pairs having the smallest number of pole pairs is set as the number of pole pairs having the smallest number of pole pairs, and the number having the largest number of pole pairs is designated as the number of pole pairs having the largest number of pole pairs.
11 固定子
12 コア
13 巻線
14 回転子
14A 回転子
20 制御装置
22 給電モード切り換え手段
A,B 動作点
CF 複合磁束
N1-N3 N極の磁石
S1-S6 S極の磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (13)
前記同期電動機の回転速度と出力トルクの少なくとも一方を所定値と比較し、比較した結果に応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換え手段、
を含む同期電動機の制御装置。 One rotor having a plurality of rotors each having a different number of pole pairs and coaxially connecting the rotors, or one having a spatial magnetic flux in which a plurality of magnetic fluxes having different numbers of pole pairs are superimposed. A control device for a synchronous motor, comprising: one of the rotors; and a stator capable of generating a plurality of rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs.
Comparing at least one of the rotational speed and output torque of the synchronous motor with a predetermined value, and corresponding to the result of the comparison , corresponding to the combined power supply mode for generating a rotating magnetic field corresponding to the number of pole pairs and the number of pole pairs Power supply mode switching means for switching between a single power supply mode for generating a rotating magnetic field,
A control device for a synchronous motor including:
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが所定値より大きいときは前記複合給電モード、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、
これら以外の場合には前記複数の極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the synchronous motor control device according to claim 1,
The power supply mode switching means is
When the output torque of the synchronous motor is greater than a predetermined value, the combined power supply mode,
When the rotational speed of the synchronous motor is larger than a predetermined value, a single power supply mode corresponding to the number of pole pairs smaller than the number of pole pairs,
In other cases, the single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the plurality of pole pairs,
Select each
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の回転速度が第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
これら以外の場合には前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the synchronous motor control device according to claim 1,
The power supply mode switching means is
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a first predetermined value, the single power supply mode corresponding to a large number of pole pairs among the number of pole pairs,
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a second predetermined value (where the second predetermined value> the first predetermined value), the single power supply mode corresponding to the smaller number of pole pairs out of the number of pole pairs;
In other cases, the combined power supply mode,
Select each
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
それ以外の場合には前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the synchronous motor control device according to claim 1,
The power supply mode switching means is
When the rotational speed of the synchronous motor is greater than a predetermined value, the single power supply mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs,
Otherwise, the combined power supply mode,
Select each
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の出力トルクが第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいとき複合給電モード、
これら以外の場合には前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the synchronous motor control device according to claim 1,
The power supply mode switching means is
When the output torque of the synchronous motor is greater than a first predetermined value, the single power supply mode corresponding to the number of pole pairs that is large among the number of pole pairs,
When the output torque of the synchronous motor is larger than a second predetermined value (where the second predetermined value> the first predetermined value), a composite power supply mode,
In other cases, the single power supply mode corresponding to the small number of pole pairs among the number of pole pairs,
Select each
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の各動作点において、前記複合給電モードと前記単独給電モードのうち、前記同期電動機の入出力効率が高くなる方の給電モードを選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the synchronous motor control device according to claim 1,
The power supply mode switching means is
At each operating point of the synchronous motor represented by the rotational speed and the output torque, a power supply mode in which the input / output efficiency of the synchronous motor is higher is selected from the composite power supply mode and the single power supply mode. ,
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the control apparatus of the synchronous motor of any one of Claims 1-6,
The power supply mode switching means is
When the operating point changes from the first operating point to the second operating point at the operating point of the synchronous motor represented by the rotational speed and the output torque, a predetermined time elapses at the second operating point. Until the power supply mode at the first operating point is maintained, and the power supply mode at the second operating point is switched after the predetermined time,
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記給電モード切り換え手段が、
給電モードの切り換え時には、前記同期電動機の出力トルクが切り換えの前後で連続になるように、切り換え前後の給電モードで必要な各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させる、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the control apparatus of the synchronous motor of any one of Claims 1-7,
The power supply mode switching means is
When the power supply mode is switched, the distribution ratio of each of the rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs required in the power supply mode before and after the switching is changed temporally so that the output torque of the synchronous motor is continuous before and after the switching. ,
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記給電モード切り換え手段が、
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、給電(駆動)しない他方の極対数に起因して前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧を抑制するように、この他方の極対数に応じた弱め界磁電流を、前記単独給電モードの電流に重畳させる、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the synchronous motor control device according to any one of claims 1 to 8,
The power supply mode switching means is
In the single power supply mode corresponding to the driving of one pole pair, the other pole is controlled so as to suppress the induced voltage generated in the winding constituting the stator due to the number of the other pole pair that is not fed (driven). Superimposing a field weakening current corresponding to the logarithm on the current in the single power supply mode,
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記回転子が、
前記複数の極対数に関し、それぞれの磁極の位相差が、前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧波形のピーク値が最小となるような位相差で構成されている、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the control apparatus of the synchronous motor of any one of Claims 1-9,
The rotor is
Regarding the number of pole pairs, the phase difference between the respective magnetic poles is configured with a phase difference that minimizes the peak value of the induced voltage waveform generated in the windings constituting the stator.
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記複数の極対数は、P1とP2(但し、P1<P2)の2つの極対数であり、
これらの磁極の位相差は下記式:
位相差[機械角(度)]=90×(1/P1−1/P2)
を満足する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the control apparatus of the synchronous motor of any one of Claims 1-10,
The number of pole pairs is two pole pairs of P1 and P2 (where P1 <P2),
The phase difference between these magnetic poles is:
Phase difference [mechanical angle (degree)] = 90 × (1 / P1-1 / P2)
Satisfy,
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記位相差の式であたえられる角度からのズレ角は−20%〜+20%以内である、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 In the synchronous motor control device according to claim 11,
The deviation angle from the angle given by the phase difference formula is within −20% to + 20%.
The control apparatus of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
前記同期電動機の回転速度と出力トルクとに応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換えステップ、
を含む同期電動機の制御方法。
One rotor having a plurality of rotors each having a different number of pole pairs and coaxially connecting the rotors, or one having a spatial magnetic flux in which a plurality of magnetic fluxes having different numbers of pole pairs are superimposed. A method of controlling a synchronous motor including any one of the rotors, and a stator capable of generating a plurality of rotating magnetic fields corresponding to the number of pole pairs,
In accordance with the rotational speed and output torque of the synchronous motor, a composite power supply mode that generates a rotating magnetic field corresponding to the number of pole pairs, and a single power supply mode that generates a rotating magnetic field corresponding to the number of pole pairs. Power supply mode switching step for switching,
Control method of synchronous motor including
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